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Investigación reológica de productos petroquímicos

Los petroquímicos son productos químicos derivados del petróleo y del gas natural. Constituyen la base de muchos productos de la vida cotidiana en la forma de combustibles y aceites para automóviles, plásticos, pesticidas y fertilizantes, pinturas, detergentes, cosméticos, velas y mucho más. De hecho, sería más fácil enumerar los artículos que no contienen productos petroquímicos que proporcionar una lista extensa de los que sí los contienen. Por nombrar solo dos ejemplos más, los productos petroquímicos son la base de las chaquetas de vellón y los suavizantes para la ropa sucia.

Comportamiento reológico de los petroquímicos

En cuanto al petróleo crudo, la existencia de parafinas y asfaltenos en los reservorios y las tuberías de petróleo pueden crear problemas en las industrias de producción, transporte y procesamiento. La precipitación del sólido puede causar deposiciones, que pueden provocar un atascamiento de las instalaciones. La acumulación de componentes sólidos puede también producir problemas de bombeo.

Los petróleos crudos incluyen una variedad de hidrocarburos ligeros y pesados. A temperaturas superiores a 60 °C, los componentes más ligeros conservan la mayoría de los más pesados en la solución, lo que hace que el comportamiento de flujo muestre valores de viscosidad comparativamente bajos. No obstante, al disminuir la temperatura, la solubilidad de los componentes pesados se reduce, lo que puede provocar la precipitación del sólido. Este efecto se denomina "precipitación de cera", que puede cambiar el petróleo crudo de un fluido  newtoniano a una sustancia de  límite elástico  que puede, a su vez, aumentar el peligro de formación de tapones en una tubería. La precipitación de cera en petróleos crudos depende tanto de la composición de la dispersión del petróleo como de las condiciones ambientales, como presión y temperatura. Las pruebas a temperatura y presión elevadas en un reómetro en combinación con una celda de presión proporcionan información que incluye, por ejemplo, la efectividad de los inhibidores de tapones en condiciones de transporte y producción.

Combustibles

Cuando hablamos de combustibles, comúnmente nos referimos a combustibles líquidos como el petróleo, el diesel, la gasolina, el kerosén, etc. Otros tipos de combustible son los combustibles sólidos (carbón, madera, estiércol, etc.) y los combustibles gaseosos (gases naturales como el propano, el gas de hulla, el gas de agua, etc.). En cuanto a combustibles líquidos, uno de los factores más importantes que influyen en su consistencia, además de la presión, es la temperatura. El diésel y el petróleo, por ejemplo, se exponen a una amplia variedad de temperaturas, según las condiciones climáticas. Para seguir siendo líquidos, incluso a temperaturas muy bajas, su punto de congelamiento debe ser inferior a la temperatura de servicio o, en cambio, la temperatura ambiente. Por lo general, se puede manifestar que el petróleo tiene un punto de congelamiento más bajo que el combustible diesel. Para reducir la precipitación de cera, con frecuencia se usan aditivos para mejorar la fluidez de los combustibles, incluso a bajas temperaturas.

Pruebas reológicas de combustibles

Durante el enfriamiento, hay tres puntos para describir el cambio de un combustible de un estado líquido a sólido a bajas temperaturas. Comienza con el punto de turbidez, en el que el combustible comienza a volverse turbio a causa del inicio de la cristalización de ceras y parafinas. El punto de fluidez describe el valor de la viscosidad justo antes de que el combustible comience a solidificarse y alcance finalmente su punto de congelamiento. En otras palabras, el punto de fluidez es el punto en el que el combustible todavía muestra características de flujo. Este punto afecta el transporte del combustible en tuberías, por ejemplo, así como el uso en automóviles. Un método para determinar este punto de fluidez es una prueba rotacional a una velocidad de cizallaconstante en un reómetro rotacional. En una prueba rotacional con temperaturas decrecientes, el punto de inflexión o el doblez donde la curva de viscosidad finalmente comienza a aplanarse puede determinarse como el punto de fluidez. Ambos puntos pueden calcularse con un programa de análisis. Por lo tanto, es importante especificar el método que se usa para determinar el punto de fluidez. El punto de fluidez de los combustibles diesel puede realmente verse influenciado por la adición de modificadores de cera que polarizan las moléculas de cera de modo que no formen cristales más grandes durante el enfriamiento.

Esta prueba requiere un reómetro equipado con un sistema de cilindros concéntricos de control de temperatura Peltier.

Esta es solo una de lasinvestigaciones reológicas usadas habitualmente en la industria del automóbil.

Aditivos para lubricantes

El propósito básico de un lubricante es reducir la fricción y el desgaste entre dos superficies en movimiento relativo al formar una película fluida que soporta la carga. Sin embargo, un lubricante en un motor de automóbil debe cumplir con expectativas aún mayores, como mantener la estabilidad a altas temperaturas, evitar la oxidación y corrosión de las piezas metálicas, proporcionar un sellado eficaz, etc. Por lo tanto, es necesario agregar varios aditivos, como modificadores de viscosidad, agentes antidesgaste, aditivos de presión extrema, antioxidantes, etc., al aceite base.

Los modificadores de viscosidad (estructuras poliméricas) se agregan al lubricante para minimizar los cambios de viscosidad a temperaturas cambiantes. En condiciones ideales, un lubricante debe ser lo suficientemente viscoso como para formar una película fluida que separe las superficies de contacto que lubrica. No obstante, debido a las mejoras en la eficiencia (cambios en la formulación), esta película se está volviendo más delgada y existe la posibilidad de que no pueda mantener las superficies separadas en condiciones inesperadas como un aumento repentino de la presión o una situación de arranque/parada, por ejemplo. Así, se agregan otros aditivos como agentes antidesgaste y aditivos de presión extrema para facilitar la formación de películas de superficie de sacrificio en las piezas metálicas móviles. 

Pruebas tribológicas de aditivos para lubricantes

El tipo y la cantidad de aditivos agregados a un lubricante dependen del tipo de motor y del campo de aplicación. El desarrollo de aditivos a medida y el proceso de combinación de estos aditivos, así como los procesos de interacción correspondientes son tareas muy exigentes. Una manera de enfrentar este desafío es con mediciones tribológicas. Estas mediciones proporcionan información sobre todo el sistema, incluyendo las superficies de contacto, el lubricante y las condiciones ambientales. El rendimiento de los lubricantes se puede medir a diferentes presiones de contacto, velocidades de deslizamiento, temperaturas y humedades relativas. De esta forma, la formulación del lubricante puede modificarse hasta que sea adecuado para su propósito específico.

Esta prueba requiere unreómetro / tribómetro equipado con una configuración de bola en tres platos.

Grasas de lubricación

Prácticamente ninguna construcción mecánica o motor puede funcionar correctamente sin aceite de lubricación o grasa lubricante para evitar daños o roturas, y para reducir los costos de mantenimiento. Las grasas lubricantes se utilizan en engranajes, cojinetes, cadenas, guías y mucho más. Qué grasa se selecciona para aumentar la eficiencia de un sistema depende de varios factores, como la vida útil esperada o las condiciones ambientales. Estos factores dependen de las propiedades inherentes de la grasa, por ejemplo, la tixotropía, densidad, estabilidad a la oxidación y protección de la oxidación, y algunos parámetros tribológicos específicos como las propiedades de presión extrema, capacidad de carga, etc. El punto de vertido del aceite base y su textura también tienen gran importancia.

Por supuesto que hay otros parámetros como la resistencia a la corrosión, la estabilidad a largo plazo, el comportamiento de fricción, etc., que deben ser caracterizados individualmente. Los criterios de selección de las grasas lubricantes son estrictos. Se requieren técnicas de medición de alto nivel para la caracterización de la grasa.

Pruebas reológicas de grasas lubricantes

Es muy importante medir el comportamiento reológico de una grasa de lubricación dentro de un rango amplio de temperatura para mostrar en qué condiciones ambientales puede utilizarse, por ejemplo, en la industria automotriz. Los fabricantes de autos requieren grasas que también pueden usarse a temperaturas que pueden ser muy bajas, de -40 °C. Por lo tanto, se recomienda especialmente contar con un instrumento y métodos de medición para investigar el comportamiento viscoelástico de las grasas en un rango muy amplio de temperaturas. Esto puede realizarse con un reómetro oscilatorio equipado con una unidad de control de temperatura. Por ejemplo, una prueba típica es un barrido de amplitud con deformación por cizallamiento controlada, también llamada barrido de deformación, que se efectúa a diferentes temperaturas.

Esta prueba requiere un reómetro equipado con un sistema de control de temperatura Peltier.

Esta es solo una de lasinvestigaciones reológicas usadas habitualmente en la industria automotriz.

Pruebas tribológicas de grasas lubricantes

En tanto que la reología describe las propiedades de un material, la tribología describe las propiedades de un sistema que, en este caso, incluye un cuerpo, un contracuerpo y un lubricante en el medio. Con medidas tribológicas , la fuerza de separación de las grasas en un sistema tribológico determinado puede determinarse, por ejemplo, como una propiedad. La fuerza de separación es la fuerza necesaria para superar la resistencia estática a la fricción del sistema tribológico y ponerlo en movimiento macroscópico. El valor del coeficiente de fricción inmediatamente antes del inicio del movimiento macroscópico se conoce como fricción limitante. Aplicaciones típicas en las que este parámetro puede ser de gran importancia son los reguladores de asientos, las guías deslizantes, puertas, cerraduras, aparejos de pesca, etc. Aunque en la mayoría de los casos lo que se busca es una fuerza de separación baja, también hay que tener en cuenta que siempre se necesita cierta resistencia para inhibir los movimientos involuntarios. La determinación precisa de la fuerza de separación requiere un control y una medición muy precisos de las fuerzas y puede realizarse con un reómetro equipado con accesorios tribológicos, optimizados para la caracterización del lubricante.

Esta prueba requiere un  reómetro / tribómetro equipado con una estructura de bola en tres platos.

Esta es solo una de lasinvestigaciones reológicas usadas habitualmente en la industria automotriz.

Aceites minerales

El petróleo crudo, como una mezcla de componentes, es la base para una amplia variedad de productos tales como solventes, aceites minerales, lubricantes, adhesivos, resinas, detergentes, polímeros (plásticos) y elastómeros.

Los aceites minerales pueden encontrarse en todo el mundo, en la forma de aceites de combustible y petróleos, pero también como una materia prima para muchos productos de la industria química. Los aceites minerales sintetizados y refinados están especialmente distribuidos en la industria automotriz como aceites de lubricación, por ejemplo, para alcanzar un rendimiento óptimo de los motores y engranajes. Estos aceites deben resistir distintas condiciones ambientales durante su vida útil, desde el arranque en frío del motor hasta altas temperaturas y presiones en condiciones de trabajo. La tarea de los aceites útiles es, por lo tanto, resistir todas estas condiciones desafiantes sin perder las propiedades requeridas.

Pruebas reológicas de aceites minerales

La influencia de la temperatura sobre el comportamiento del flujo del aceite mineral está entre los datos más importantes que pueden determinarse con un reómetro. Comúnmente, los aceites minerales puros sin aditivos de polímeros muestran uncomportamiento de flujo newtoniano/viscoso.

Esta prueba requiere un reómetro equipado con un sistema de cilindro concéntrico de control de temperatura Peltier.